Effects of Surface Modification, Temperature, and Mass Fraction on Thermal Properties of Nano-graphite/Water Nano-fluid

Abstract

Наночастинки нанографіту (НГ) і кислотно-модифікованого нанографіту (КНГ) були синтезовані з порошку графіту з використанням сильної кислоти, тобто суміші (сірчаної кислоти та азотної кислоти). Оптичне дослідження та стабільність нанофлюїдів НГ і КНГ/вода були визначені за допомогою вимірювання ультрафіолетової спектроскопії. Теплові властивості, включаючи теплопровідність, температуропровідність та об’ємну теплоємність нанофлюїдів, вимірювали в діапазоні масової частки 0–0,053 мас.% і в діапазоні температур 20–80 °C. Теплопровідність і теплопровідність нанофлюїдів демонструють значне зростання, тоді як об’ємна теплоємність зменшується з концентраціями НГ і КНГ. Поліпшення теплопровідності нано-рідин демонструє значне зростання, з максимальним збільшенням на 67,64 % і 75,97 % для навантажень 0,053 мас. % НГ і КНГ відповідно. Об’ємна теплоємність нанофлюїдів зменшується зі збільшенням масової частки НГ і КНГ і збільшується з підвищенням температури. Як наслідок, наночастинки НГ більш ефективні для підвищення теплопровідності нанофлюїдів на водній основі, ніж частинки НГ за вказаних вище навантажень масової частки. Нарешті, на основі отриманих даних, з точки зору теплових характеристик у практичних системах, нано-рідини можна визначити як життєздатну альтернативу рідинам на водній основі.

Nano-graphite (NG) and acid modified nano-graphite (ANG) nanoparticles were synthesized from graphite powder using a strong acid i.e. a mixture (sulphuric acid and nitric acid). The optical study and stability of NG and ANG/water nano-fluids were determined by using Ultraviolet-visible spectroscopy measurement. The thermal properties including thermal conductivity, thermal diffusivity and volumetric heat capacity of the nano-fluids were measured in the mass fraction range 0 – 0.053 wt% and at temperature range of 20 – 80°C. The thermal conductivity and thermal diffusivity of the nano-fluids show considerable rise, whereas volumetric heat capacity reduced with NG and ANG concentrations. The thermal conductivity improvement of the nanofluid shows a considerable rise, with maximal increases of 67.64% and 75.97% for 0.053 wt% NG and ANG loadings, respectively. The volumetric heat capacity of the nano-fluids reductions with rise in mass fraction of NG and ANG and increases with increase in temperature. As a result, ANG nanoparticles are more effective at raising the thermal conductivity of water-based nanofluids, then the NG particles at given the above mass fraction loadings. Finally, based on the findings, in terms of thermal characteristics in practical systems, nanofluids can be determined to be a viable alternative to water-based fluids.